本發明屬于材料領域，具體涉及一種熱塑性纖維增強復合材料，該材料的制備方法，以及應用；還涉及以該材料為原材料制備箱包殼體的方法。
背景技術：
：復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。與傳統的金屬材料相比，復合材料具有如下的優點：(1)高比強度、高比模量，可達到明顯的減重效果；(2)可設計性強；(3)熱膨脹系數低，尺寸穩定性好；(4)耐腐蝕；(5)耐疲勞。目前對于復合材料的應用，較為先進的是航空航天領域，但是所占比例較小；應用較為廣泛的是民用領域：汽車領域，體育用品，戶外用品等，截至目前復合材料在拉桿箱上的應用呈現不斷增長的趨勢和需求。現在市場上較為常見的復合材料拉桿箱均采用碳纖維增強樹脂基復合材料，該拉桿箱是采用液體成型工藝中的真空輔助傳遞模塑(vari)制備，或者采用預浸料熱壓罐成型制備箱包殼體。相比傳統的硬質箱并沒有明顯重量上的優勢，而且由于其所采用的樹脂為熱固性環氧樹脂，產品性脆，不耐沖擊、撞擊，且相對傳統的吸塑成型工藝效率很低，材料和成型工藝成本高；其產品并不滿足環境友好的要求，所制備的產品容易損壞且不具修復性，損壞后不可回收，造成了材料的浪費和環境污染。因此并不能很好的符合拉桿箱的發展理念，所以沒有得到很好的推廣和批量化生產。目前在航空以及民用領域廣泛應用的為樹脂基復合材料，其分為熱固性樹脂基復合材料和熱塑性樹脂基復合材料，所采用的基體為熱固性和熱塑性樹脂兩大類，較為常用的增強體為纖維織物。其最大的特點就是可以根據產品的需求對所采用的材料種類和鋪層方案進行選擇，從而在滿足產品要求以及多樣化的前提下降低成本。但是應用最為廣泛的熱固性樹脂基復合材料存在性脆，不耐沖擊，不具備再修復性，成本高且不可回收、環境污染等問題。這些都是熱固性基體自帶的不可避免的缺陷。對于熱塑性樹脂在復合材料中的應用，最主要的問題一方面是高性能熱塑性樹脂的成型溫度高；另一方面是熱塑性樹脂與纖維織物結合的界面問題，比如市場上現存的碳纖維織物大多是適合于熱固性樹脂基體的上漿劑，該種上漿劑對于熱塑性樹脂并不適用且會起到增加缺陷降低性能的效果。關于復合材料在箱包中的應用，有以下文獻做過披露：cn93108057.6公開了一種軟硬箱結合的箱包復合材料。是由外層為紡織品面料內層為abs材料二者緊密地結合在一起的板材構成。這種新的箱包材料，可以采用縫紉的方法加工制成，生產成本低，投資少，同時又具有由abs材料制成的硬箱的優點高抗沖擊強度、表面強度不易被利器割破、方便耐用的優點。尤其是花色品種可以隨紡織品面料的多種多樣變幻無窮，而且價格僅為abs箱包的一半，具有廣闊的市場前景和良好的經濟效益。以上文獻中披露的復合材料所制得的產品，其缺點是：以紡織品面料為外層以abs材料為內層，兩者接觸部位很容易因為粘接不良造成開裂。主要承力仍然是abs材料，其力學性能以及耐沖擊方面沒有得到有效的提高，且表面紡織品面料不耐臟，難以打理，且不防水。cn1860015一種制備纖維復合構件用的纖維復合材料的制法，纖維復合材料由增強纖維，樹脂和填料構成，其特征在于，填料由研磨的和/或切碎的增強纖維構成。以上文獻中披露的材料和方法，其缺陷是：增強纖維不連續，制品表面不美觀，且由于纖維的不連續，增強纖維的性能得不到充分的發揮，材料的力學性能以及沖擊性能得不到充分的發揮，與連續纖維增強復合材料的力學性能以及沖擊性能差距很大。因此，為了滿足復合材料更好的在民用領域應用和進一步擴展，需要針對以上復合材料的缺陷，對其進行改進，設計一種性能更好的例如質量輕、韌性高、力學性能優良的復合材料，應用其制作的產品不僅質輕、韌性高且具有良好的防刮性能。技術實現要素：為了解決上述的技術問題，本發明提供了一種質量輕、韌性高、力學性能優良的復合材料，應用其制作的產品不僅質輕、韌性高且具有良好的防刮性能。并且可以根據產品需求將合適的襯里與復合材料預浸料/片材共同成型制備得到帶有襯里的復合材料預浸料/片材。本發明還提供了一種上述復合材料的制備方法，通過該方法可在產品廢棄后處理中實現對殼體材料的全部回收，實現零排放的環境友好化發展。本發明的熱塑性纖維增強復合材料，主要包括熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂。熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂的重量比為：(0.4-2)：1。熱塑性纖維織物的材料為聚乙烯纖維、超高分子量聚乙烯纖維、聚丙烯纖維、芳綸纖維、abs纖維、聚苯乙烯纖維、聚酰胺纖維、聚酰亞胺纖維、聚苯硫醚纖維、聚醚醚酮、聚碳酸酯纖維、聚醚砜纖維及其混編纖維織物中的至少一種；熱塑性樹脂的材料包括聚乙烯、超高分子量聚乙烯、聚丙烯、abs、聚苯乙烯、聚酰胺、聚酰亞胺、聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚碳酸酯、聚醚砜及其改性塑料中的至少一種。熱塑性纖維織物包括平紋、斜紋、緞紋、針織、經編織物中的任一種；熱塑性纖維織物為單種纖維的編織，或多種纖維的混合編織。熱塑性纖維增強復合材料的制備方法，包括下述的步驟：(1)取原材料熱塑性纖維織物和熱塑性樹脂，按照鋪層設計進行疊放；(2)在高溫高壓下將熱塑性樹脂熔融浸潤熱塑性纖維織物；(3)冷卻，得熱塑性纖維增強預浸料/片材。熱塑性纖維增強復合材料的制備方法，包括以下的步驟：步驟(1)中熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂交替疊放，熱塑性纖維織物與熱塑性樹脂的重量比為0.4-2：1；步驟(2)中，高溫高壓條件為：熔融浸潤的溫度高于熱塑性樹脂的熔點，高壓下的壓力為單位面積5-10mpa；步驟(3)中，待模具冷卻至50℃-70℃。將里布/內襯直接鋪覆在步驟(1)中所鋪放好的原料的表面，經高溫高壓成型粘接一體，得熱塑性纖維增強預浸料/片材。上述的熱塑性纖維增強復合材料在制備箱包、樂器盒、汽車內飾件、體育用品、無人機、船舶、軌道交通中的應用，也是本發明所要保護的范圍。熱塑性纖維增強復合材料用以制備箱包殼體，包括下述的步驟：(1)取原料熱塑性纖維織物和熱塑性樹脂，交替疊放；(2)在高溫高壓下將熱塑性樹脂熔融浸潤熱塑性纖維織物；(3)冷卻，得熱塑性纖維增強預浸料/片材；(4)將(3)中的熱塑性纖維增強預浸料/片材加熱至100℃以上，且使片材軟化至橡膠態，再采用常規模壓成型工藝，得箱包殼體。現有的塑料箱包大多采用abs，pc或二者共混使用，材料比較單一，且相對容易老化；箱包笨重，在沖擊時容易破裂。本發明采用了熱塑性纖維增強塑料作為箱包殼體材質，與現有的純塑料箱包相比其先進性表現為以下幾個方面：采用了熱塑性纖維進行增強塑料并制備成箱包殼體，可大幅提高箱包的沖擊韌性，沖擊強度可提高到傳統塑料的5倍以上，大幅提高箱包材質的強度，材料強度可提高到現有箱包塑料材質的3倍以上，有效的減少箱包在使用過程中的損壞，提高箱包使用壽命采用了熱塑性纖維進行增強塑料并制備成箱包殼體，由于材質的強度得到大幅提高，從而可以減小箱包殼體的厚度，可大幅降低箱包重量，使箱包更為輕便采用了熱塑性纖維進行增強塑料并制備成箱包殼體，纖維的顏色，材質，編織方式種類很多，塑料的種類，顏色同樣繁多，將纖維和塑料復合制備復合材料的樣式將極為豐富，設計空間非常大，使箱包的樣式極為豐富，現有的箱包襯里都是通過縫合的方式連接到殼體內部，本發明所采用的襯里為四面彈力布，并在制作復合材料預浸料/片材時直接附著在片材的表面，從而與箱包殼體緊密粘接為一體，不再需要縫合，減少后續的裝配，重要的是使得箱包內部整潔美觀。采用模壓成型的示意圖如圖1所示。將塑料膜①、熱塑性增強纖維織物②以及里布/內襯③按照設計鋪層好，整體經過上下加熱壓輥④，制備得到熱塑性纖維增強復合材料預浸料/片材⑤，熱塑性纖維增強復合材料預浸料/片材⑤經過加熱板⑥的加熱后，在上下模壓模具⑦的壓力作用下成型，待冷卻后即可制備得到熱塑性纖維增強復合材料箱包殼體⑧。采用本發明所提供的熱塑性纖維增強預浸料/片材用于制備箱包殼體，相對于傳統的硬質箱體，可以大幅度提高箱包的強度和抗沖擊性能，由于材質強度的大幅提高可減小殼體的厚度從而減輕箱包自身的重量，相對傳統的硬質箱可減重40％左右，并大幅提高了箱包的抗沖擊性，減少箱包在使用、托運過程中的損壞。與傳統軟箱相比，解決了軟質箱包的不耐壓和不防水性，皮革箱易刮花及破損且不易修補或者修補費用較高的缺點。此外，在制備熱塑性纖維增強預浸料/片材過程中，可將里布/內襯通過塑料的熔融粘接與預浸料/片材形成整體，其減少了后續安裝里布/內襯的程序，節省成本、簡單美觀。由于采用了熱塑性纖維增強塑料，使得箱包具有質輕、防水、韌性好、強度高、耐沖擊、防刮等優點，極大的減輕箱包自身重量，并有效防止箱包在使用或托運過程中的損壞。由于增強纖維和樹脂基體均為熱塑性材質，使得箱包殼體可以全部回收，綠色環保。附圖說明圖1為實施例2中的復合材料應用于箱包制作的工藝流程圖；①塑料膜，②熱塑性增強纖維織物，③里布/內襯，④加熱壓輥，⑤熱塑性纖維增強復合材料預浸料/片材，⑥加熱板，⑦模壓模具，⑧熱塑性纖維增強復合材料箱包殼體。具體實施方式下面結合附圖和具體實施方式來對本發明作更進一步的說明，以便本領域的技術人員更了解本發明，但并不以此限制本發明。實施例1熱塑性纖維增強復合材料的制備方法，包括以下的步驟：(1)取原料熱塑性pp纖維織物和熱塑性pp樹脂膜，按照設計好的纖維體積含量，將熱塑性pp纖維織物和熱塑性pp樹脂膜交叉疊放；(2)在高溫高壓下將熱塑性樹脂熔融浸潤熱塑性纖維織物：所采用的成型溫度約為280℃，且高于熱塑性樹脂的熔點；成型采用的壓力為單位面積5-10mpa；(3)冷卻到55℃左右，得熱塑性纖維增強預浸料/片材。對所得到的熱塑性纖維增強預浸料的性能進行檢測，得到以下的數據：采用復合材料的實驗測試標準，制備好標準尺寸的樣條，粘貼應變片，在力學試驗機上進行拉伸測試，采集實驗過程的載荷和應變，按照標準的計算公式計算得到強度、模量以及延伸率。采用擺錘沖擊實驗來測試復合材料的沖擊強度。表1不同材質材料的性能材料模量(mpa)強度(mpa)延伸率(％)沖擊強度(j/m)實施例1545140281238abs材料13203925231實施例2以熱塑性纖維增強復合材料為原料制備拉桿箱的殼體，其具體的方法如下：以熱塑性pp纖維織物和pp塑料膜為原材料，制備帶有襯里的全熱塑性復合材料拉桿箱殼體。具體步驟為：如附圖1所示，將pp塑料薄膜①、pp纖維織物②以及里布/內襯③按照設計鋪層好，整體經過上下加熱壓輥④，塑料薄膜熔融浸潤纖維織物制備得到熱塑性纖維增強復合材料預浸料/片材⑤，將熱塑性纖維增強復合材料預浸料/片材⑤裁剪成需要的尺寸，并經過加熱板⑥的加熱軟化后，在上下模壓模具⑦的壓力作用下成型，待冷卻后即可制備得到pp纖維增強復合材料箱包殼體⑧。采用熱塑性纖維增強復合材料制得拉桿箱。制得的pp復合材料性能與現有箱包abs材料性能如表2所示。對比可以發現pp復合材料的強度是abs材料的3.5倍，沖擊強度是abs材料的5.5倍左右。表2現有箱包abs材料與pp復合材料性能當前第1頁12